Under de ejendommelige forhold, der findes dybt inde i jordens kappe, jernkarbonater kan spille en rolle i dannelsen af diamanter, har et internationalt hold af forskere fundet.
Diamanter udvundet fra dybder på omkring 700 km. bjørneindeslutninger, der indeholder karbonater, giver direkte bevis for, at karbonater findes i sådanne dybder. Imidlertid, deres stabilitetsområde, krystalstrukturer og de termodynamiske forhold ved dekarboneringsprocessen er ikke godt forstået.
Forskerne – der kommer fra Rusland, Frankrig, Tyskland, Italien og USA – undersøgte disse karbonater ved at simulere de ejendommelige forhold, der karakteriserer Jordens dybe kappe, inklusive:
Naturligvis, de fleste kemiske forbindelser, der er stabile på jordens overflade, kan ikke eksistere under så ekstreme forhold.
Imidlertid, forskerne fandt nogle outliers. Specifikt, deres forskning viste, at under disse forhold, karbonatmolekyler kan eksistere, og kan omorganisere, så kulstoffet bærer et ekstra oxygenatom, danner en tetraedrisk form.
Holdet opdagede for første gang to nye forbindelser, herunder et såkaldt "tetracarbonat", der har potentialet til at overleve dybt i jordens nedre kappe.
Resultaterne af deres arbejde indikerer, at en af de nye krystalstrukturer er ualmindeligt stabil og bevarer sin struktur under de forhold, der er til stede i jordens kappe, til en dybde på 2, 500 km – tæt på hvor kappen møder jordens kerne.
Gennem selvoxidationsprocessen, karbonater kan forblive bevaret dybt i jordens kappe, derved bidrager til diamantdannelse.
Skoltech-forsker Leyla Ismailova, en af undersøgelsens medforfattere, sagde:"Dette fund kan give os en bedre forståelse af selvoxidationsreaktioner i Jorden og den rolle, vores planet spiller i kulstofkredsløbet."
For at simulere dybe kappeforhold, holdet genererede høje tryk og temperaturer ved hjælp af laseropvarmede diamantamboltceller. En meget lille prøve (10 til 15 mikron) blev klemt mellem et par diamanter med en laserstråle fokuseret på dem. Holdet brugte derefter synkrotronrøntgenstråler til at undersøge indholdet og strukturen af prøverne på European Synchrotron Radiation Facility (Frankrig) og Advanced Photon Source (USA). På de samme faciliteter, ved hjælp af en synkrotron Mössbauer spektroskopi, de var i stand til at måle små ændringer i Fe atomare energiniveauer, hvilket er afgørende for at bestemme valenstilstanden af nye højtryksjernkarbonater.